CC BY
224
Ключевые слова:
арктическое
месторождение,
геологическая
модель,
гидродинамическая
модель,
проектирование
скважин,
трубопровод,
платформа.
Keywords:
arctic field, geological model, hydrodynamic model,
well planning,
pipeline,
rig.
УДК 550.8.072
М.Н. Мансуров, П.Г. Цыбульский
Развитие методологии проектирования разработки арктических месторождений углеводородов
Разработка морских месторождений в общем и арктических в частности имеет ряд принципиальных отличий от методов разработки углеводородных месторождений суши, а именно:
• существенно меньшие объемы геологоразведочного бурения и большие объемы сейсморазведочных работ, что обусловливает необходимость создания и применения иной методологии для геологического и гидродинамического моделирования морских объектов разработки;
• необходимость применения специальных технических средств для разведки, разработки и обустройства морских месторождений;
• существенная зависимость графика бурения от ледовых условий и глубины моря, высокая стоимость строительства эксплуатационных скважин;
• разнообразие способов обустройства морских месторождений и способов транспорта продукции;
• высокие уровни рисков и более тяжелые последствия при внештатных ситуациях для большинства морских операций;
• необходимость создания специального флота, плавучих и подводных технических средств, береговых баз обеспечения морских добычных комплексов;
• органическая взаимосвязь разработки и обустройства морского месторождения, т.е. система «пластовый коллектор - скважины - объекты морского обустройства - системы транспорта УВ - технологическая производственная инфраструктура» должна рассматриваться как единый комплекс.
Целостность процесса разработки месторождения (от моделирования пласта до выбора схемы заканчивания скважин, получения первой продукции и последующей эксплуатации месторождения) обусловливает также необходимую гибкость и адаптивность проектных решений, так как любая новая информация о продуктивном пласте, необходимость применения более совершенных технологий и множество других параметров (которые зачастую выясняются лишь в ходе реализации проекта) могут привести к невозможности принятия компромиссного решения по основным параметрам проекта после начала работ. Результатом может стать неоптимальная разработка месторождения, которая почти всегда приводит к снижению конечного коэффициента извлечения углеводородов, а также значительно более высоким капитальным затратам и эксплуатационным расходам.
Следовательно, исследуя каждый аспект разработки на стадии проектирования, необходимо уже в ходе разработки проекта рассмотреть все реалистичные варианты.
Типовой проект разработки арктического месторождения включает следующие влияющие друг на друга элементы:
• геологическая модель залежи;
• гидродинамическая модель месторождения;
• метод отбора пластовых флюидов и местоположение забоев скважин;
• технико-технологические показатели рекомендуемого варианта разработки месторождения;
• проектирование скважин;
• методики проведения внутрискважинных работ;
• проектирование технологических объектов, трубопроводов и платформ.
№ 3 (14) / 2013
Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа
5
Развитие геологического моделирования морских месторождений
Основной целью геолого-геофизического моделирования является обеспечение надежной основы для подсчета запасов, проектирования разработки и создания постоянно действующей модели месторождения для его последующего мониторинга на протяжении всей жизни объекта.
Стоимость бурения одной поисково-разведочной скважины на Арктическом шельфе существенно превышает 100 млн долл. США. Данная сумма складывается из суточной арендной ставки буровой установки, затрат на другое необходимое оборудование и стоимости услуг на каждую конкретную операцию (более 0,5 млн долл. США в сутки). Поэтому из-за дороговизны буровых работ на шельфе количество морских поисковых и разведочных скважин на месторождениях крайне мало. Достаточно отметить, что уникальное по запасам Штокмановское газоконденсатное месторождение подготовлено к промышленной разработке только семью разведочными скважинами, хотя на аналогичном месторождении суши число разведочных скважин составило бы в десятки раз больше.
В связи с этим возникает специфическая задача максимально точного моделирования залежи при минимальном количестве факти-
ческого геологического материала. Основным источником информации о внутреннем строении залежи являются результаты бурения скважин и интерпретации 3D сейсморазведки, включающие как структурную модель месторождения, так и прогноз фильтрационноемкостных свойств (ФЕС) продуктивных пластов. В последнем случае сейсмические данные служат основой для экстраполяции коллекторских свойств в межскважинное пространство с использованием установленных по скважинам корреляционных связей между ФЕС резервуара и динамическими параметрами волнового поля.
Хорошие программы моделирования продуктивного пласта доступны уже более двадцати лет. Геологи и геофизики могут интерпретировать и количественно определять свойства продуктивного пласта, используя процессы, объединяющие данные сейсморазведки со всеми имеющимися петрофизическими данными с помощью инверсии и моделирования. Комплексная технология определения характеристик продуктивного пласта (рис. 1), разработанная компанией Schlumberger, позволяет оценить литологию пласта, а также распределение пластовых флюидов путем оценки таких свойств породы, как пористость, песчанистость, глинистость, плотность и водонасыщенность [1].
Скважинные работы
• Проектирование трещин ГРП
• Микросейсморазведка
Поверхностная
сейсморазведка
• Куб сейсмических данных, сейсмический профиль
• Сейсмограммы
• Скорости сейсмических волн
Измерения в процессе бурения
• Сейсморазведка в процессе бурения
• Акустический каротаж
Каротаж
• Дипольный акустический каротаж
• Плотностной каротаж
• Геологические и коллекторские свойства
• Скважинная сейсморазведка
Петрофизики
Геологи
Специалисты по сейсмической инверсии Геофизики
Специалисты по физике пород Инженеры-разработчики
Эксплуатация продуктивного пласта
• Планирование разработки месторождения
• Моделирование продуктивного пласта
• Моделирование механических свойств геологической среды
• Устойчивость ствола скважины и планирование
• Увеличение отдачи
Оптимизация данных
Определение параметров продуктивного пласта
Определение параметров трещин
Прогнозирование порового давления
Опасные
геологические
процессы
Рис. 1. Комплексный процесс определения параметров продуктивного пласта
№ 3 (14) / 2013
6
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
Новые продуктивные пласты оценивает многопрофильная группа квалифицированных специалистов по петрофизике, геологии, геофизике, сейсмической инверсии и физике горных пород. Посредством анализа сейсмических атрибутов и инверсии сейсмотрасс в увязке с каротажными данными вычисляются акустические и упругие параметры, необходимые для выделения скоплений углеводородов, оценки свойств пород и описания систем трещин.
Специалисты в области геомеханики и инженеры-разработчики совместно производят предшествующую бурению сейсмическую оценку геологических опасностей, которые могут возникнуть во время бурения, и расчет куба значений порового давления путем ранжирования и отбора данных о скоростях сейсмических волн. Когда информация со скважины по результатам каротажа, измерений во время бурения и скважинных работ собрана, ее используют для уточнения первоначально принятых свойств продуктивного пласта. После определения характеристик продуктивного пласта по результатам интерпретации данных сейсморазведки петрофизическая информация о пласте собирается в процессе бурения по данным каротажных и гидродинамических исследований, а также приборами на кабеле. Полученный в результате комплекс данных о матрице пород продуктивного пласта, свойствах пластовых флюидов и продуктивности служит основой для целого ряда проектных решений, которые будут приниматься в течение всего срока эксплуатации месторождения [1].
Развитие гидродинамического моделирования морских месторождений
С развитием геологического моделирования для целей нефтяной и газовой промышленности существенные успехи достигнуты и в области гидродинамического моделирования.
Гидродинамическая модель базируется на совокупности геолого-геофизических и промысловых данных, результатах разведочного бурения, а также данных по фактической истории разработки. Она позволяет:
• оперативно уточнять ФЕС пласта, проводить оптимизацию технико-экономических показателей;
• оперативно корректировать систему разработки и управлять процессом добычи;
• разрабатывать программу мероприятий по развитию добычи на месторождении и доразведке.
Используемые для построения гидродинамических моделей параметры пластов и флюидов определяются по результатам геофизических и лабораторных исследований, испытаний разведочных скважин и продуктивных пластов.
Число вариантов разработки, рассчитываемых при оптимизации системы освоения месторождения, исчисляется, как правило, сотнями, а время расчета одного варианта составляет от нескольких минут до десятков часов. Многообразие вариантов разработки морских месторождений обусловлено возможностями использования различных технологий обустройства - несколькими скважинами с большим отходом от вертикали, множеством вертикальных и многоствольных скважин, «интеллектуальных» скважин (с возможностью настройки режимов добычи); возможностями изменения практически всех параметров разработки - расположения скважин, типа заканчивания и дебитов скважин, которые могут уточняться в гидродинамической модели по информации, получаемой со скважин в ходе разведочного, оценочного и эксплуатационного бурения.
Эффективное дренирование продуктивного пласта (с использованием наименьшего возможного количества скважин для добычи максимального объема нефти и газа с максимально выгодным темпом отбора) играет ключевую роль в обеспечении рентабельности при планировании работ на морских месторождениях. Однако при комплексном подходе эти расчеты должны включать в себя больше, чем только обеспечение максимальной площади контакта ствола скважины с пластом-коллектором, являющееся наиболее распространенным решением при строительстве скважин с большими отходами от вертикали. Схемы заканчивания таких скважин должны также учитывать оптимальный дебит в долгосрочной перспективе, для чего необходимо соблюсти баланс между накопленной добычей и общей прибылью, а также обеспечить высокий коэффициент извлечения продукции.
Следует отметить, что современные гидродинамические модели по детальности описания приближаются к своей основе - геологическим моделям. На основе постоянно пополняемой базы данных и последовательности процедур, заложенных в программные пакеты гидроди-
№ 3 (14) / 2013
Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа
7
намического моделирования, можно создавать объемные и подробные модели, которые в литературе получили название «общая модель геологической среды» [2]. Такие модели демонстрируют все увеличивающуюся роль сейсморазведочных данных в понимании динамики пласта.
Развитие проектирования скважин
Общая модель геологической среды служит основой для совместного проектирования скважины рядом специалистов (рис. 2).
Инженеры-разработчики применяют эту модель для прогнозирования режимов дренирования, вытеснения продукции и расчета закачки вытесняющего агента, определяют точки вскрытия объекта разработки. При использовании корреляций по соседним скважинам или результатов моделирования пласта гидродинамическая модель позволяет получить профили порового давления и давления гидроразрыва пласта по глубине.
Специалисты по бурению применяют эту информацию для планирования траекторий и проектирования конструкции скважин, определения масштаба работ. Она помогает в принятии решений при выборе буровой установки, оценке технических рисков буровых работ, предварительной оценке времени бурения и производственных затрат.
Оператор буровых работ может вносить изменения в программу бурения по результатам текущих буровых работ.
После завершения бурения скважины специалисты соединяют полученный опыт с результатами по соседним скважинам и, используя обновленную информацию для внесения изменений в общую модель геологической среды, приступают к планированию новой скважины. Данный итерационный процесс повторяется на протяжении всего этапа разбуривания месторождения [2].
Общая модель геологической среды
Планирование
Выполнение,
наблюдение в режиме реального времени, изменение планов
Сравнение фактических и плановых показателей
Изменение
плана
Оценка
проделанной
работы
Полученный
практический
опыт
Рис. 2. План проведения работ по проектированию и строительству скважин
Развитие проектирования технологических объектов обустройства (трубопроводов и платформ)
Основные запасы углеводородов месторождений российского шельфа располагаются на акваториях арктических морей. Диапазон глубин моря их размещения изменяется практически от уреза воды на шельфе п-ова Ямал до глубоководных акваторий в центральной части Баренцева моря. Рассматриваемые акватории арктических морей большую часть года покрыты многолетним дрейфующим льдом разной степени сплоченности, что напрямую влияет на выбор объектов обустройства и косвенно - на схему обустройства месторождения в целом. Кроме того, вблизи месторождений, как правило, слабо развита или полностью отсутствует береговая инфраструктура. Поэтому хо-
рошо спланированная стратегия разработки и обустройства всего месторождения (рис. 3), включающая конфигурации заканчивания и местоположение скважин, типы и размеры промысловых объектов и технологического оборудования, а также решения о проведении внутрискважинных работ, играет ключевую роль в обеспечении эффективного конечного суммарного извлечения нефти и газа.
Экономические же показатели зависят от физических ограничений, налагаемых на всю систему. В связи с этим наиболее важной представляется система, состоящая из динамически связанных моделей подсистем месторождения (продуктивного пласта, скважины и
№ 3 (14) / 2013
8
Научно-технический сборник • ВЕСТИ ГАЗОВОЙ НАУКИ
Рис. 3. Объекты обустройства арктических месторождений и интерактивная схема их проектирования
технологического оборудования), - комплексная модель разработки месторождения (Integrated Asset Model - IAM) [3, 4].
На этапах проектирования разработки и обустройства комплексные модели используются для анализа взаимодействия подсистем в рамках проекта. Комплексные модели IAM отличаются от традиционных методик разработки месторождений, которые, как правило, сосредоточены на капитальных вложениях и снижающих их изменениях. Поэтому традиционный подход не позволяет должным образом количественно оценить влияние изменений на пропускную способность системы, что, в свою очередь, может привести к принятию неоптимальных вариантов разработки.
В комплексной модели IAM используется гидродинамическая модель пласта для расчета течения флюидов и распределения давления. Затем в месте расположения скважин в модели продуктивного пласта параметры течения и давления вводятся в модель скважины в качестве граничных условий на вскрытой поверхности пласта. С этими граничными условиями вычисляются темпы отбора флюидов и дав-
лений в точке установки фонтанной арматуры, где модель скважины увязывается с характеристиками наземного оборудования [5].
Взаимодействие граничных условий «скважина - поверхность» дает возможность вычислить противодавление добычной системы на каждой из скважин. Затем эти данные передают обратно через систему к модели продуктивного пласта. Процесс повторяется до достижения сбалансированности всей сети. Результатом является сбалансированная гидродинамическая сеть для потоков флюидов от продуктивных пластов к скважине и от скважины к поверхностным системам промысловой подготовки продукции, а затем к пунктам отгрузки. Таким образом, техника моделирования IAM учитывает реакцию поверхностной системы в расчетах скоростей потоков пластовых флюидов [5].
Компания Chevron успешно применила комплексное управление разработкой как инструмент прогнозирования для сопряжения моделей фильтрации в пласте с поверхностными трубопроводными сетями через модель скважины на глубоководном месторождении Джек (Jack) в Мексиканском заливе [6]. Однако на
№ 3 (14) / 2013
Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа
9
Арктическом шельфе трубопроводы, устьевое и технологическое оборудование, а также мани-фольды, расположенные на морском дне и платформах, окружены средой, температура которой близка к точке замерзания (вода) и значительно ниже ее (воздух). Поэтому требуется предпринимать особые защитные меры для обеспечения бесперебойности потока скважинной продукции от скважины до отгрузки потребителю. В критических точках гидродинамической сети необходимо устанавливать приборы системы мониторинга, параметры которого закладываются в модели пластовых флюидов. Это позволяет оперативно принимать упреждающие меры для предотвращения образования закупоривающих отложений гидратов или парафинов.
Список литературы
1. Чавате А. Планирование - основа успеха глубоководных проектов / А. Чавате,
У. Оздоган, К.С. Глейзер и др. // Нефтегазовое обозрение. - 2009. - Т. 21. - № 1. - С. 32-45.
2. Hopkins С. Go Beyond Reservoir Visualization /
С. Hopkins // E&P 80. - № 9 (September 2007). -Р 13-17.
3. Chow С. Managing Risks Using Integrated Production Models: Applications / С. Chow,
M. Arnondin, K. Wolcott et. al // J. Petroleum Technology 52. - № 4 (April 2000). - Р 94-98.
4. Було С. Вид крупным планом: комплексное управление разработкой / С. Було, Э. Жеан,
Ф. Гутиеррес и др. // Нефтегазовое обозрение. -2008. - Т 19. - № 4. - С. 44-62.
Изложенные в статье современные подходы к задачам геологического и гидродинамического моделирования морских месторождений, а также опыт исследований систем разработки и обустройства месторождений Арктического и Дальневосточного шельфов России нашли отражение в СТО Газпром «Регламент на составление проектных документов по разработке морских нефтяных, газовых и нефтегазоконденсатных месторождений», разработанном ООО «Газпром ВНИИГАЗ», в котором определены нормативные положения для подготовки и составления технологических документов по разработке морских месторождений нефти и газа.
5. Tesaker О. Breaking the Barriers - The Integrated Asset Model / О. Tesaker, А.Оverland, D. Arnesen et. al // Paper SPE 112223, presented at the SPE Intelligent Energy Conference and Exhibition. -Amsterdam, February 25-27, 2008.
6. Ozdogan U. Recent Advances and Practical Applications of Integrated Production Modeling at Jack Asset in Deepwater Gulf of Mexico /
U. Ozdogan, J. Keating, M. Knobles et. al //
Paper SPE 113904, presented at the SPE Europec/ EAGE Annual Conference and Exhibition. -Rome, June 9-12, 2008.
№ 3 (14) / 2013
